JPH06184526A - 高強度超砥粒およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 【発明が解決しようとする課題】 本発明の目的は、砥
粒の破砕工程において、砥粒に加えられる衝撃を調整し
て圧壊試験時に近い条件を創り出すことにより、例えば
結晶性の不完全な粒子、多量の不純物を包含したりクラ
ックのはいった粒子、凝集粒子などのように本質的に低
強度の粒子を選択的に破砕して除くことにより、全体と
して砥粒の強度を向上させることにある。 【構成】硬質ボールの運動により原料超硬質材粒子に衝
撃を与えて比較的弱い超硬質材粒子を破砕除去すること
により、強度の調整された砥粒を調製するに際し、超硬
質材粒子を衝撃緩衝材との混合状態において硬質ボール
の衝撃に供することにより、原料超硬質材粒子に対する
ある水準を超える衝撃を抑制し、さらに、破砕された超
硬質材を緩衝材から分離回収し、また過小粒度の超硬質
材破片を除去することを特徴とする、高強度超砥粒の製
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は高強度の超砥粒、特に
個々の粒子強度の向上したダイヤモンドまたは立方晶窒
化硼素のような超砥粒、およびその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 超硬質材料であるダイヤモンドや立方
晶窒化硼素等は、砥粒として、金属質やセラミック質の
結合材によって工具基材に固定され、高負荷の研削・切
断作業に用いられている。このような工具に用いる場合
には、全砥粒が均一な物性、特にある水準以上の均一な
強度を有していることが望ましい。強度値に大きなばら
つきがある場合には、弱い砥粒は研削・切削の際に、被
加工物との間に生じる衝撃により破砕されて結合材から
欠落し易く、このため加工に寄与しなくなる。即ち加工
点の減少を来す。反面、強度の大きな砥粒は過度の負荷
に供されるので、摩耗の促進や脱落を生じ、その結果、
工具全体として所期の加工能力を発揮し得ないこととな
る。したがって、研削・切削加工能率の向上、工具寿命
の確保の面から、砥粒全体が一定水準以上の強度を維持
していることが望まれる。

【０００３】 超砥粒の強度の評価方法としては、衝撃
破砕による方法、打撃による方法、静荷重下における圧
壊試験による方法などがあるが（例えば「ダイヤモンド
ツール」、ｐ．２１３〜２３９、日経技術図書、１９８
７）、まだ我国の業界で承認された共通の評価方法はな
く、製造各社において独自の方法を定めて用いている状
況にある。

【０００４】 集合体としての超砥粒の強度は、例えば
ポットミル法と呼ばれる衝撃荷重を用いる評価法が知ら
れている。これは定性的には鋼製のカプセルにサンプル
ダイヤモンド粉末と鋼球とを入れて、一定時間揺動し、
破砕されて元の粒度よりも一段下のふるいを通過した粒
子の重量を測り、回収したサンプル総量に対するふるい
通過分の重量％として、評価するものである。

【０００５】 ところで例えばダイヤモンド砥粒につい
て見ると、ロット内およびロット間に形成条件の変動が
存在する結果、同一グレードであっても同一の物性、特
に強度の砥粒製品を入手することは困難である。これは
主として合成品にあってはＰ−Ｔ条件に依存する結晶成
長速度の差異、結晶形成時の周囲条件の違いに基づいて
おり、同様のことがダイヤモンドに次いで硬い研削材料
である、高圧相窒化硼素砥粒にも当てはまる。一方天然
のダイヤモンド砥粒については、原石の生成条件と共
に、破砕によって砥粒を作成する際の衝撃加わり方の差
異による、クラックの入り方の程度の違いに起因してい
ると考えられる。

【０００６】 また市販のダイヤモンド砥粒は、高級と
される高強度品においても顕微鏡下の観察では不完全な
形状の結晶や、介在物を多く含む結晶が認められ、これ
らは静荷重下での圧壊試験においても低い強度値を示し
ている。例えば市販の４０／５０メッシュのダイヤモン
ド砥粒の１００粒について実施した圧壊強度の分布を示
す図１に見られるように、現在における最高級品と称さ
れる砥粒であっても、圧壊強度３０ｋｇ／ｍｍ^２以下の
粒子が３０％以上、２０ｋｇ／ｍｍ^２以下でも約２０％
程度、というように、強度分布幅は下方へ延びている。

【０００７】 超砥粒の製造においては、砥粒の形状を
整えたり、より小さなサイズの砥粒を調製する目的で、
破砕工程が広く用いられている。この工程は一般に、単
位時間当りの処理量を大きくするために、ボールミル、
振動ミル、ジェットミル等の衝撃破砕法によって行なわ
れている。しかしこれらの衝撃破砕による方法では、砥
粒は主としてへき（劈）開割れによって無差別に破砕さ
れると同時に、粒子内部に多数のクラックが生じること
が避けられない。したがって、従来の衝撃破砕を用いる
工程では、得られる砥粒の強度の限界は比較的低く、強
度の一層の向上に対応することは不可能であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 本発明の目的は、砥
粒の破砕工程において、砥粒に加えられる衝撃を調整し
て圧壊試験時に近い条件を創り出すことにより、例えば
結晶性の不完全な粒子、多量の不純物を包含したりクラ
ックのはいった粒子、凝集粒子などのように本質的に低
強度の粒子を選択的に破砕して除くことにより、全体と
して砥粒の強度を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 本発明の要旨は、硬質
ボールの運動により原料超硬質材粒子に衝撃を与えて比
較的弱い超硬質材粒子を破砕除去することにより、強度
の調整された砥粒を調製するに際し、超硬質材粒子を衝
撃緩衝材との混合状態において硬質ボールの衝撃に供す
ることにより、原料超硬質材粒子に対するある水準を超
える衝撃を抑制し、さらに、破砕された超硬質材を緩衝
材から分離回収し、また過小粒度の超硬質材破片を除去
することを特徴とする、高強度超砥粒の製法にある。

【００１０】 このような緩衝材としては、衝撃媒体と
して用いられているスチールボールによる衝撃を緩和す
る作用があり、破砕工程の後で、磁気的性質、比重差等
の物理的手段、あるいは廃液処理の容易な化学的手段に
より、容易に砥粒から分離除去できる材料であればよ
い。いくつかの例を挙げれば、黒鉛、炭酸カルシウム、
食塩、ケイ砂、アルミナ、ポリエチレン、またはポリス
チロールなどの非金属粉末、あるいは鉄、その他の各種
金属粉末の単体、あるいは組み合わせ等である。

【００１１】 ボールを用いた砥粒の粉砕装置として、
ボールミル、振動ミル、タワーミル、アトライターなど
の横型、縦型の各種粉砕装置が利用可能である。ロール
ミルによる破砕においては、対向するロールは超硬合金
製とするのが好ましく、ロール間における押し付け圧力
は、調節バネの強度、または油圧によって、所定の範囲
内に制御する。ダイヤモンドや立方晶窒化硼素のような
超砥粒をこのような緩衝材と共に、これらの粉砕装置で
処理する時には、砥粒に対するボールの衝撃が緩和され
て、またパラメータの最適化により、圧縮破砕に近い条
件が創り出される。

【００１２】 一方、ボール自体にゴムやプラスチック
のライニングを施したり、銅または銅合金といった、比
較的軟らかい材料をボールとして用いてもよい。この構
成は上記緩衝材の代替として、あるいはこれと組み合わ
せて用いることができる。

【００１３】 破砕工程に続けて、破砕された粒子をふ
るい分けで分離することにより、専ら破砕されなかった
高強度粒子より成る砥粒が得られる。砥粒の物性を改善
するために、他の分離方法、例えば外形の違いを利用し
た形状選別、粒子内の介在金属量の差を利用した磁力選
別、静電分離方法を併用すると、より有効である。

【００１４】

【作用】 従来の破砕工程では、ダイヤモンド粒子が他
のダイヤモンド粒子のエッジによって傷つけられ、発生
する微小なクラックにより砥粒強度の低下を来すことは
避けられなかったが、緩衝材を使用する本発明において
は、このような欠点が効果的に防止されている。

【００１５】 静荷重下における圧壊強度を測定する試
験機としては、例えば図１に示すようなものを利用でき
る。試料のダイヤモンド粒子１を、平行に配置した二枚
のダイヤモンド焼結体板２，３の間に置く。この時、増
幅器４を介して指示・記録装置５に供給される差動トラ
ンス６の出力から、粒子１の粒径が求められる。次いで
負荷アーム７端部の容器８に鉄粒９を流し込み、押棒１
０により、ダイヤモンド粒子１に徐々に荷重を加える。
そして試料粒子が破壊に至った時の荷重値をロードセル
１１の出力として、増幅器１２を介して指示・記録装置
５上で読みとると、次式から引張り強さσ_ｔが求められ
る。 σ_ｔ＝Ｐ_ｍａｘ／０．３２Ａ ただしＰ_ｍａｘはダイヤモンド粒子が圧壊した時の負荷
荷重、Ａはダイヤモンド粒子の投影面積である。

【００１６】

【実施例１】 被処理材として、圧壊強度が２０ｋｇ／
ｍｍ^２以下の部分を約２０％含む４０／５０メッシュの
ダイヤモンド２００ｇを約４ｋｇの食塩、および１０ｋ
ｇの鋼球を内径２５ｃｍの鉄製バレルに入れて、これを
４０ｒ．ｐ．ｍ．の速度で回転させた。３時間後に食塩
ダイヤモンドの混合物を取り出し、水を用いて食塩を除
去してダイヤモンドを回収した。このロットの最低圧壊
強度は１８ｋｇ／ｍｍ^２、強度分布は図２のようであっ
た。

【００１７】

【実施例２】 食塩の代わりに緩衝材として鉄粉を用い
て、実施例１の操作を繰り返した。圧壊強度が１５ｋｇ
／ｍｍ^２以下の部分を約１５％含む４０／５０メッシュ
のダイヤモンド２００ｇを約１５ｋｇの鉄粉（１００メ
ッシュ）、および１０ｋｇの鋼球を上記のバレルに入れ
て、上記と同じ条件で操作を行なった。５時間後に混合
物をバレルから取り出し、磁力選別により鉄粉を除去し
てダイヤモンドを回収した。このロットの最低強度は２
２ｋｇ／ｍｍ^２で、圧壊強度分布は図３のようであっ
た。

【００１８】 比較のために従来品について、同様の方
法で測定した圧壊強度分布を図４に示す。

【００１９】

【発明の効果】 本発明においては、脆くて強度の小さ
い粒子が選択的に破砕され、ふるい分けによって除かれ
るので、上記評価法において１５あるいは２０ｋｇ／ｍ
ｍ^２に満たない圧壊強度の粒子が本質的に除去された、
比較的強度幅の狭い砥粒を得ることができる。

【００２０】 得られた砥粒には、研削・切削加工の際
に破砕されて欠落するような低強度の砥粒は含まれてい
ないので、実質的に全粒子が加工に寄与することとな
り、加工能率の向上、工具寿命の向上が得られる。

【００２１】 本発明の破砕処理においては、圧縮破砕
と同時に、砥粒は摩砕作用も受けるので、二軸比が１に
近い粒子が得られる。この形状は、長寿命のメタルボン
ドや、ビトリファイド用としての使用の際に特に有利で
あり、また砥粒が微粒子の場合には、後工程の重力を用
いた分級の際に、浮力の影響に基づく差異が小さくなる
ので、分離効果が大きい、という特徴がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で使用し得る静荷重圧壊強度試験機

【符号の説明】

静荷重下における圧壊強度を測定する試験機としては、
例えば図１に示すようなものを利用できる。試料の １ ダイヤモンド粒子 ２ ダイヤモンド焼結体板 ３ ダイヤモンド焼結体板 ４ 増幅器 ５ 指示・記録装置 ６ 差動トランス ７ アーム ８ 容器 ９ 鉄粒 １０ 押棒 １１ ロードセル １２ 増幅器

【図２】 本発明方法により作製し、図１の試験機で測
定したダイヤモンド粉末の強度分布。

【図３】 本発明方法により作製し、図１の試験機で測
定した、別のダイヤモンド粉末の強度分布。

【図４】 従来のダイヤモンド粉末製品２種類について
の強度分布。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】追加

【補正内容】

【図４】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 専ら、静荷重圧壊強さが１５ｋｇ／ｍｍ
   ^２以上のダイヤモンド粒子からなる、高強度砥粒。
2. 【請求項２】 静荷重圧壊強さが２０ｋｇ／ｍｍ^２以上
   である、請求項１に記載の高強度砥粒。
3. 【請求項３】 硬質ボールの運動により原料超硬質材粒
   子に衝撃を与えて比較的弱い超硬質材粒子を破砕除去す
   ることにより、強度の調整された砥粒を調製するに際
   し、超硬質材粒子を衝撃緩衝材との混合状態において硬
   質ボールの衝撃に供することにより、原料超硬質材粒子
   に対するある水準を超える衝撃を抑制し、さらに、破砕
   された超硬質材を緩衝材から分離回収し、また過小粒度
   の超硬質材破片を除去することを特徴とする、高強度超
   砥粒の製法。
4. 【請求項４】 上記緩衝材が本質的に黒鉛、炭酸カルシ
   ウム、食塩、ケイ砂、アルミナ、ポリエチレン、ポリス
   チロールから選ばれる１以上である、請求項１に記載の
   高強度超砥粒の製法。
5. 【請求項５】 上記緩衝材が本質的に金属粉末である、
   請求項１に記載の高強度超砥粒の製法。
6. 【請求項６】 上記超硬質材がダイヤモンドである、請
   求項１に記載の高強度超砥粒の製法。
7. 【請求項７】 上記超硬質材が立方晶窒化硼素である、
   請求項１に記載の高強度超砥粒の製法。